stringtranslate.com

эффект Вигнера

Эффект Вигнера (названный по имени его первооткрывателя Юджина Вигнера ) [1] , также известный как эффект дискомпозиции или болезнь Вигнера [2] , представляет собой смещение атомов в твердом теле, вызванное нейтронным излучением .

Эффект Вигнера может проявляться в любом твердом теле. Этот эффект вызывает наибольшую озабоченность в замедлителях нейтронов , таких как графит , предназначенных для снижения скорости быстрых нейтронов , тем самым превращая их в тепловые нейтроны , способные поддерживать цепную ядерную реакцию с участием урана-235 .

Причина

Чтобы вызвать эффект Вигнера, нейтроны , сталкивающиеся с атомами в кристаллической структуре, должны обладать достаточной энергией , чтобы вытеснить их из решетки. Эта величина ( пороговая энергия смещения ) составляет приблизительно 25 эВ . Энергия нейтрона может варьироваться в широких пределах, но нередко в центре ядерного реактора энергии достигают и превышают 10 МэВ (10 000 000 эВ) . Нейтрон со значительным количеством энергии создаст каскад смещений в матрице посредством упругих столкновений .

Например, нейтрон с энергией 1 МэВ, ударяющий по графиту, создаст 900 смещений. Не все смещения создадут дефекты, поскольку некоторые из ударенных атомов найдут и заполнят вакансии, которые были либо небольшими уже существующими пустотами, либо вакансиями, вновь образованными другими ударенными атомами.

дефект Френкеля

Атомы, которые не находят вакансию, останавливаются в неидеальных местах; то есть не вдоль симметричных линий решетки. Эти интерстициальные атомы (или просто «интерстициалы») и связанные с ними вакансии являются дефектом Френкеля . Поскольку эти атомы не находятся в идеальном месте, с ними связана энергия Вигнера , подобно тому, как мяч на вершине холма имеет гравитационную потенциальную энергию .

Когда накапливается большое количество интерстициалов, они рискуют внезапно высвободить всю свою энергию, создавая быстрое, большое повышение температуры. Внезапное, незапланированное повышение температуры может представлять большой риск для определенных типов ядерных реакторов с низкими рабочими температурами. Один из таких выбросов был косвенной причиной пожара в Уиндскейле . Накопление энергии в облученном графите было зарегистрировано на уровне 2,7 кДж /г, но обычно оно намного ниже этого. [3]

Не связано с Чернобыльской катастрофой

Несмотря на некоторые сообщения, [4] накопление энергии Вигнера не имело никакого отношения к причине чернобыльской катастрофы : этот реактор, как и все современные энергетические реакторы, работал при достаточно высокой температуре, чтобы позволить смещенной графитовой структуре перестроиться до того, как какая-либо потенциальная энергия могла быть сохранена. [5] Энергия Вигнера могла сыграть некоторую роль после мгновенного критического нейтронного всплеска, когда авария вошла в фазу событий возгорания графита.

Рассеивание энергии Вигнера

Накопление энергии Вигнера может быть снято путем нагревания материала. Этот процесс известен как отжиг . В графите это происходит при 250 °C (482 °F). [6]

Интимные пары Френкеля

В 2003 году было высказано предположение, что энергия Вигнера может сохраняться за счет образования метастабильных дефектных структур в графите. Примечательно, что большое выделение энергии, наблюдаемое при 200–250 ° C, было описано в терминах метастабильной пары межузельный атом-вакансия. [7] Межузельный атом оказывается захваченным на краю вакансии, и существует барьер для его рекомбинации с образованием идеального графита.

Цитаты

  1. ^ Вигнер, Э. П. (1946). «Теоретическая физика в металлургической лаборатории Чикаго». Журнал прикладной физики . 17 (11): 857–863. Bibcode : 1946JAP....17..857W. doi : 10.1063/1.1707653.
  2. Rhodes, Richard (1 августа 1995 г.). Темное солнце: создание водородной бомбы . Simon & Schuster . ISBN 978-0-68-480400-2. LCCN  95011070. OCLC  456652278. OL  7720934M. Викиданные  Q105755363 — через Интернет-архив .
  3. ^ Международное агентство по атомной энергии (сентябрь 2006 г.). «Характеристика, обработка и кондиционирование радиоактивного графита, полученного при выводе из эксплуатации ядерных реакторов» (PDF) .
  4. ^ VP Bond; EP Cronkite, ред. (8–9 августа 1986 г.). Семинар по краткосрочным последствиям для здоровья аварий на реакторах: Чернобыль (PDF) . Семинар по краткосрочным последствиям для здоровья аварий на реакторах: Чернобыль. Брукхейвенская национальная лаборатория, Аптон, Нью-Йорк, США: Министерство энергетики США.
  5. Сара Крамер (26 апреля 2016 г.). «Вот почему ядерная катастрофа в стиле Чернобыля не может произойти в Соединенных Штатах». Business Insider . Получено 6 января 2019 г.
  6. ^ Европейское ядерное общество. "Wigner Energy". Архивировано из оригинала 16 марта 2013 года . Получено 6 января 2019 года .
  7. ^ Эвелс, CP; Теллинг, RH; Эль-Барбари, AA; Хегги, MI; Бриддон, PR (2003). "Метастабильный дефект пары Френкеля в графите: источник энергии Вигнера?" (PDF) . Physical Review Letters . 91 (2): 025505. Bibcode :2003PhRvL..91b5505E. doi :10.1103/PhysRevLett.91.025505. PMID  12906489.

Общие ссылки